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Schaltung zum Erzeugen einer Gleichspannung mittels eines Widerstandselementes mit einer nichtlinearen symmetrischen
Strom-Spannungs-Kennlinie Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen einer Gleichspannung mittels eines Widerstandselementes mit einer nichtlinearen, vorzugsweise wenigstens annähernd symmetrischen Strom-SpannungsKennlinie und eines mit diesem in Reihe liegenden Kondensators, wobei der Reihenschaltung eine unsymmetrische Wechselspannung zugeführt und die erzeugte Gleichspannung vom Kondensator festgehalten wird.
Bei den bisher bekannten Schaltungen wurde die dem Element mit der nichtlinearen symmetrischen Strom-Spannungs-Kennlinie zugeführte unsymmetrische Spannung stets unmittelbar einer besonderen Schaltung entnommen. So z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 628,326, in der die unsymmetrische Spannung die in einer Zeilenablenkschaltung erzeugte impulsförmige Spannung ist.
Steht aber eine solche unsymmetrische Spannung nicht zur Verfügung, so kann nach dem Prinzip der Erfindung dennoch eine Gleichspannung mit Hilfe eines solchen Widerstandselementes durch eine Schaltung erhalten werden, die das Merkmal aufweist, dass zur Erzielung der unsymmetrischen Wechselspannung an die Reihenschaltung selbst eine symmetrische Wechselspannung angelegt ist und das Widerstandselement vorgespannt ist.
Einige mögliche Ausführungsformen von Schaltungen nach der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser ist in Fig. l eine Gleichrichterschaltung zum Erzeugen einer stabilisierten Gleichspannung dargestellt, Fig. 2 zeigt an Hand einer Kennlinie den Zusammenhang zwischen der gesamten Gleichspannung V an der in Fig. 2a dargestellten Reihenschaltung de ohmschen und des spannungabhängigen Widerstandes und der Gleichspannung VVDR am spannungsabhängigen Widerstand bei einer zunehmenden Netzspannung Vnet, und Fig. 3 dient, zusammen mit der Kennlinie in Fig. 2, zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1. In Fig. 4 ist die Ausgangsspannung Vr der Schaltung nach Fig. l als Funktion der Netzspannung Vjjet dargestellt, und Fig. 5 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit einer Schaltung nach der Erfindung.
In Fig. l ist die Primärwicklung eines Transformators 1 an die Netzspannung Vnet angeschlossen. Mit der Sekundärwicklung dieses Transformators ist eine übliche Gleichrichterschaltung verbunden, die aus einer Diode 2 und einem Glättungsnetzwerk besteht, welches von einer Drosselspule 3 und zwei Glättungskondensatoren 4 und 5 gebildet wird. Am zweiten Kondensator 5 entsteht daher eine Gleichspannung V, die auf Grund der in Fig. l angegebenenPolung derDiode 2 eine positive Gleichspannung ist. Naturgemäss kann durch Umkehren der Diode 2 eine negative Gleichspannung am Kondensator 5 erhalten werden.
Mit einer Anzapfung 6 der Sekundärwicklung des Transformators 1 ist eine zweite Gleichrichterschaltung verbunden, welche aus einem spannungsabhängigen Widerstand 7, z. B. einem VDR-Widerstand, und einem Kondensator 8 besteht. Normalerweise kann ein solcher spannungsabhängiger Widerstand nur dann als Gleichrichterschaltung wirksam sein, wenn ihm eine unsymmetrische Wechselspannung zugeführt wird.
In der erfindungsgemässen Schaltung ist zur Erzielung der unsymmetrischen Wechselspannung an den spannungsabhängigen Widerstand 7 über einen ohmschen Widerstand 9 eine Vorspannung angelegt, sodass eine Gleichrichtung der der Anzapfung 6 entnommenen symmetrischen Wechselspannung eintritt. Die Wechselspannung zwischen der Anzapfung 6 und Erde ist an sich genau sinusförmig und daher symme-
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trisch gegen Erdpotential, da der Primärwicklung des Transformators 1 eine genau sinusförmige Wechsel- spannung zugeführt wird.
Durch die an den Widerstand 7 angelegte Vorspannung kann erreicht werden, dass die der Schaltung nachFig. l entnehmbareSpannung bei zunehmender Netzspannung Vnet zunimmt, abnimmt oder konstant 5 bleibt.
Dies wird im folgenden erläutert :
Da an dem zwischen der Anzapfung 6 und Erde liegende Teil der Sekundärwicklung des Transforma- tors 1 nahezu keine Gleichspannung abfällt, steht die Gleichspannung V am Kondensator 5 gleichzeitig an der Reihenschaltung des ohmschen Widerstandes 9 und des spannungsabhängigen Widerstandes 7. Diese ) Reihenschaltung mit der an ihr liegenden Gleichspannung V ist deutlichkeitshalber nochmals in Fig. 2a dargestellt, wobei die Gleichspannung am spannungsabhängigen Widerstand 7 mit VVDR bezeichnet ist.
Die Gesamtspannung V und die Spannung VVDR sind in Fig. 2 als Funktion der Netzspannung Vnet aufge- tragen. Dabei nimmt die Gesamtspannung V in proportionalem Verhältnis zu Vnet zu, während die Span- nung VVDR infolge der nichtlinearen Kennlinie des spannungsabhängigen Widerstandes 7 bei zunehmender Netzspannung Vnet in stets geringerem Masse zunimmt.
Im vorhergehenden ist die Spannung V positiv vorausgesetzt, so dass der Verbindungspunkt zwischen dem spannungsabhängigen Widerstand 7 und dem Kondensator 8 positiv ist gegenüber dem Verbindungs- punkt zwischen diesem spannungsabhängigen Widerstand und der Anzapfung 6, oder mit andern Worten, die Anzapfung 6 ist negativ gegenüber dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 7 und dem Kondensator 8. Wie oben erklärt, tritt an dem zwischen der Anzapfung 6 und Erde liegenden Teil der Sekun- därwicklung keineGleichspannung auf, so dass die Gleichspannung VVDR gleichzeitig als positive Gleich- spannung V ( ; g = VVDR am Kondensator 8 steht.
Die Vorspannung VVDR bewirkt, dass die Wechselspannung am spannungsabhängigen Widerstand 7, die durch die der Anzapfung 6 entnommene Wechselspannung herbeigeführt wird, nicht symmetrisch zum i Erdpotential schwankt, wie es ohne Vorspannung der Fall wäre. Der Momentanwert der Wechselspannung an der Anzapfung 6 muss z. B. zunächst eine positive Spannung gleich der Spannung VVDR angenommen haben, bevor die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 8 und dem spannungsab- hängigen Widerstand 7 einen Wert gleich Null erhält.
Dies ist in Fig. 3 näher verdeutlicht, in der die Kurve 10 die nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie des spannungsabhängigen Widerstandes 7 darstellt. Bei Abwesenheit einer Vorspannung am spannungsab- hängigen Widerstand 7 würde die Wechselspannung um die vertikale Achse in Fig. 3, d. h. um Erdpoten- tial schwanken. Der Mittelwert des Stromes durch den Kondensator 8 (der Kapazitätswert des Kondensa- tors 8 ist so gross gewählt, dass bei der Frequenz der verwendeten Wechselspannung die Impedanz dieses
Kondensators klein ist gegenüber jedem möglichen Widerstandswert des spannungsabhängigen Widerstan- des 7, so dass nahezu keine Wechselspannung am Kondensator 8 auftritt), ist dann gleich Null, so dass dem Kondensator 8 durchschnittlich keine Ladung vom Wechselstrom zugeführt wird. Eine Gleichrichter- wirkung tritt daher in diesem Fall nicht auf.
Wird dagegen am spannungsabhängigen Widerstand 7 eine Vorspannung angelegt, so schwankt die
Wechselspannung nicht mehr um Erdpotential, sondern um das durch die Vorspannung bedingte Potential.
Wie oben erklärt, ist die Spannung an der Anzapfung 6 negativ gegenüber dem Verbindungspunkt des Wi- derstandes 7 und des Kondensators 8. Da am Kondensator 8 nahezu keine Wechselspannung auftritt, ist die Vorspannung VVDR als negative Vorspannung für den spannungsabhängigen Widerstand 7 zu betrach- ten.
So ist in Fig. 3 vorausgesetzt, dass bei einer Wechselspannung Vi am spannungsabhängigen Wider- stand 7 mit einem Scheitelwert von Vi Volt eine Vorspannung VVDR = V01 Volt vorhanden ist. Die Wech- selspannung Vl mit dem Scheitelwert Vi schwankt daher um einen durch die Linie 11 wiedergegebenen
Wert Vol.
Infolge der Vorspannung V01 allein würde ein Gleichstrom loi fliessen, infolge der angelegten
Wechselspannung Vl wird jedoch gleichzeitig ein Wechselstrom 11 durch den spannungsabhängigen Wider- stand 7 fliessen.
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durch das Anlegen der Vorspannung VVDR = V0l kann die Wechselspannung VI mit dem Scheitelwert Vl am Kondensator 8 eine negative Spannung Vgg aufbauen, die durch den negativen Strom-Mittelwert 1 herbeigeführt ist. Diese negative Spannung Vg8 verringert die am Kondensator bereits vorhandene positive Gleichspannung Vg..
Dass die Spannung Vg8 tatsächlich von der Spannung Vc8 subtrahiert werden muss, lässt sich auch wie
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folgt einsehen. Wenn die Anzapfung 6 positiv gegen die Erde ist, hat der Wechselstrom die Neigung, von der Anzapfung 6 über das Widerstandselement 7 und den Kondensator 8 nach Erde zu fliessen. Dies ist ein positiv gerichteter Strom, der der oberen Platte des Kondensators 8 positive Ladung zuführt.
Der Strom 10 infolge der Gleichspannung V ist von der Drosselspule 3 her über den ohmschen Widerstand 9, den spannungsabhängigen Widerstand 7 und die Anzapfung 6 nach Erde gerichtet. Der Strom Io und der positive Teil des Wechselstromes I sind also im spannungsabhängigen Widerstand 7 entgegengesetzt gerichtet und wirken einander entgegen.
Ist die Anzapfung 6 negativ gegen Erde, so sind der Wechselstrom und der Strom 10 im spannungsabhängigen Widerstand 7 gleichgerichtet, und 10 und der negative Teil des Wechselstromes 1 unterstützen einander. Der negative Teil des Wechselstromes ist also grösser als der positive Teil, so dass durchschnittlich negative Ladung zugeführt wird. Die positive Ladung infolge der Vorspannung Vc8 wird daher herabgesetzt.
Aus dem vorhergehenden folgt, dass die Wirkung unverändert bleibt, wenn der Kondensator 8 und der spannungsabhängige Widerstand 7 gegenseitig vertauscht werden. Zwar ist in diesem Falle der positive Teil des Wechselstromes durch die Reihenschaltung des Kondensators 8 und des Widerstandselementes 7 vorherrschend, aber dieser wird auch jetzt wieder die Neigung haben, die von der Vorspannung Vg herbeigeführte Ladung zu verringern.
Solange die Spannung V verhältnismässig gering ist, nimmt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, bei zunehmender Gleichspannung V die Spannung V VDR am spannungsabhängigen Widerstand 7 in stärkerem Masse zu als die Spannung V - VVDR am ohmschen Widerstand 9. Daraus folgt, dass bei wenig zunehmender Spannung V die Vorspannung VVDR schneller zunimmt und daher auch die positive Spannung VVDR = Vc8 am Kondensator 8 schnellerzunimmt als die negative Spannung Vgg, die durch Gleichrichtung der Wechselspannung zwischen der Anzapfung 6 und Erde mit Hilfe des spannungsabhängigen Widerstandes 7 und des Kondensators 8 entsteht ; denn es muss zunächst eine gewisse Vorspannung VVDR aufgebaut sein, bevor eine Gleichrichtung durch den zuletztgenannten Teil der Schaltung auftritt.
Bei weiterer Zunahme von V aber nimmt VVDR, und also Vcg, in stets geringerem Masse zu (s. Fig. 2), die gleichgerichtete Spannung Vgg jedoch in stets stärkerem Masse. Dies ist an Hand der in Fig. 3 dargestellten Wechselspannungen V1, V2 und V3 nachweisbar, deren Scheitelwerte \11, \12 und V3 sind. Die von diesen Wechselspannungen herbeigeführten Ströme, können am besten an Hand eines Zahlenbeispiels berechnet werden. Es ist aber einleuchtend, dass sich die angegebenen Zahlenwerte nur auf ein spezielles Beispiel beziehen und die Schaltung auch bei einer andern Bemessung der Einzelteile eine ähnliche Wirkung aufweist.
Die Spannung am spannungsabhängigen Widerstand 7 ist durch VVDR = CI ss gegeben ; im gegenständlichen Fall ist B = 0, 2 und C = 200 Volt/Amp ss. Der Widerstand 9 hat einen Wert von 100 kOhm.
Wird angenommen, dass die Anzapfung 6 eine Mittelanzapfung ist, so ist die Amplitude der Wechselspannung an dieser Anzapfung die Hälfte der Amplitude der Wechselspannung an der ganzen Sekundärwicklung des Transformators 1. Weiterhin wird angenommen, dass Spitzengleichrichtung mittels der Diode 2 und des zugeordneten Glättungsnetzwerkes auftritt.
Mit diesen Annahmen können die in nachstehender Tabelle angegebenen Werte für Ströme und Spannungen berechnet werden.
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<tb>
<tb> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> mA
<tb> V <SEP> #1 <SEP> V01 <SEP> I01
<tb> 25, <SEP> 0 <SEP> 12, <SEP> 5-23, <SEP> 0-0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> V2 <SEP> V02 <SEP> 102
<tb> 32, <SEP> 6 <SEP> 16, <SEP> 3 <SEP> 27, <SEP> 6-0, <SEP> 05 <SEP>
<tb> V3 <SEP> V03 <SEP> 103
<tb> 41,7 <SEP> 20, <SEP> 8-31, <SEP> 7-0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Die in dieser Tabelle angegebenen Werte sind (mit Vernachlässigung des Wechselspannungsabfalls am grossen Kondensator 8) in Fig. 3 aufgetragen.
Dabei ergibt sich, dass der von einer Wechselspannung Vi mit dem Scheitelwert VI herbeigeführte Wechselstrom 11 einen minimalen negativen Wert von-0, 01 mA
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Durch eine solche Wahl des Widerstandes 9, dass sein ohmscher Wert klein ist gegenüber dem Wert des Widerstandselementes 7 bei verhältnismässig kleiner Gleichspannung V, jedoch gross ist gegenüber
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diesem Bereich erfüllt werden kann.
Ist daher das Verhältnis zwischen dem Widerstandsteil R1 des Widerstandes 9 zwischen der Anzap- fung 13 und dem Kondensator 8 und dem Widerstandsteil R2 zwischen der Anzapfung 13 und der Drossel- spule 3 gleich dem Verhältnis zwischen der Spannungsänderung l : 1 V der Spannung V und der Spannungs- änderung AVrl der Spannung Vji, so ist im erwähnten Bereich As= = 0. Mit andern Worten, in diesem
Falle ist im erwähnten Bereich die entnommene Gleichspannung V= konstant.
Auch kann die Anzapfung 13 derart gewählt werden, dass die Spannung V= bei zunehmender Netz- spannung abnimmt (Anzapfung 13 näher am Verbindungspunkt des Widerstandes 9 und des Kondensators 8) oder bei zunehmender Netzspannung zunimmt (Anzapfung 13 näher am Verbindungspunkt des Widerstan- des 9 und der Drosselspule 3).
Es ist einleuchtend, dass durch Umkehrung der Diode 2 eine resultierende negative Spannung Vr mit einem ähnlichen Verlauf wie durch die Kurve 12 dargestellt erreicht werden kann.
Eine Anwendungsmöglichkeit für eine Schaltung nach der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Anwendung betrifft die Stabilisierung einer Zeilenablenkschaltung in einem Fernsehempfänger. Die Zei- lenablenkschaltung selbst besteht aus einer Ausgangsröhre 14, einer Reihenspardiode 15, einem Zeilen- ausgangstransformator 16, einer Zeilenablenkspule 17, einem zum Reihenspardiodenkreis gehörigen Kon- densator 18 und einem Hochspannungsgleichrichter 19. Dem Steuergitter der Röhre 14 wird eine Steuerspannung 20 zugeführt, so dass durch die Ablenkspule l v ein sägezahnförmiger Strom fliesst und an dieser Spule während des Rückschlags des sägezahnförmigen Stromes eine impulsförmige Spannung entwickelt wird.
Die impulsförmige Spannung, die an sich als eine unsymmetrische Spannung zu betrachten ist, wird in bekannter Weise mittels eines weiteren spannungsabhängigen Widerstandes 21 gleichgerichtet. Dazu wird die impulsförmige Spannung über die Parallelschaltung eines Kondensators 22 und eines Widerstandes 23 dem spannungsabhängigen Widerstand 21 zugeführt. Auf diese Weise wird eine negative Gleichspannung erzeugt, die über den Ableitwiderstand 24 das Steuergitter der Röhre 14 erreicht.
Obwohl der Teil der Schaltung mit dem spannungsabhängigen Widerstand 21, dem Widerstand 23 und dem Kondensator 22 zum Erzeugen der negativen Steuergitterspannung bei Änderung der Hochspannungsbelastung des Zeilenablenkkreises und bei Änderung der Speisespannung + Vb (die gleichfalls durch Gleichrichtung aus der Netzspannung Vnet abgeleitet wird) bereits eine Stabilisierungswirkung hat, ist die Stabilisierungswirkung bei Änderungen der Speisespannung Vb unzulänglich.
Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass die Speisespannungsänderung nicht nur über die sich ändernde Spannung am Kondensator 18 ihren Einfluss auf die Zeilenablenkschaltung ausübt, sondern auch über die Schirmgitterspannung V g2 der Röhre 14 ; denn die Stabilisierung bewirkt, dass der Anodenspitzenstrom der Röhre 14 konstant gehalten wird. Folglich wird der mittlere Anodenstrom und auch der mittlere Schirmgitterstrom nahezu konstant gehalten. Ein konstanter Schirmgitterstrom bedeutet aber einen konstanten Spannungsabfall am Schirmgitterwiderstand 25. Nimmt nun z. B. die Speisespannung Vb zu, so erhöht sich die Schirmgitterspannung Vg2 prozentuell in stärkerem Masse, und dies hat Einfluss auf den Anodenstrom.
Zur Beseitigung des Einflusses der Schirmgitterspannung Vg2 ist in die Zeilenablenkschaltung nach Fig. 5 die aus dem spannungsabhängigen Widerstand 7. dem Kondensator 8 und dem Widerstand 9 bestehende Schaltung nach der Erfindung aufgenommen. Das Ganze wird von einer Wechselspannungsquelle 26 gespeist, welche die Wechselspannungsquelle, welche durch den Teil der Transformatorwicklung zwischen der Anzapfung 6 und Erde in der Schaltung nach Fig. l gebildet wird, ersetzt. Der Kondensator 8 ist über den Trennwiderstand 27 mit dem spannungsabhängigen Widerstand 21 verbunden und weiterhin über den getrennten Glättungskondensator 28 an Erde gelegt. Ist der Brummanteil (Welligkeit) der am Kondensator 8 erzeugten Gleichspannung Vr klein genug, so kann der Kondensator 28 weggelassen werden.
Bekanntlich besteht die Spannung VB am Kondensator 18, die in der Grössenordnung von 900 bis 1000 Volt sein kann, aus einem Teil Vc, der gleich ist der Spannung an der Ablenkspule 17 während des Hinlaufes des sägezahnförmigen Stromes durch diese Spule, und einem Teil V'b'der nahezu gleich der Speisespannung Vb ist. Wenn sich daher infolge einer Änderung der Netzspannung die Spannung Vb ändert, ändert sich auch Vg. An Stelle der dargestellten Spannungsquelle 26 kann die Wechselspannung auch un-
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mittelbar dem Netz entnommen werden.
Der Widerstand 9 muss dabei derart gewählt sein, dass bei der verhältnismässig grossen Spannung VB (VB = Vb + Vc > Vb) die positive Spannung Vrl am Kondensator 8 bei der nominalen Netzspannung Vnom-auf den abfallenden Zweig der Kurve 12 in Fig. 4 eingestellt ist.
Ausserdem muss die positive Spannung Vrl einen solchen Wert haben, dass sie zusammen mit der negativen Spannung, die mittels des spannungsabhängigen Widerstandes 21 erzeugt wird, eine resultierende negative Steuergitterspannung ergibt, die bei der nominalen Netzspannung die Röhre 14 gerade den gewünschten Anodenstrom führen lässt.
Nimmt die Netzspannung V net zu, so nimmt Yrl ab, und demnach nimmt die resultierende negative Steuergitterspannung für die Röhre 14 zu. Auf diese Weise kann der Einfluss der zunehmenden Schirmgitterspannung Vg2 ausgeglichen werden.
Bei abnehmender Netzspannung tritt naturgemäss das Umgekehrte auf.
Auf diese Weise ist es daher möglich, die Zeilenablenkscl1altung sowohl hinsichtlich der Änderungen der Hochspannungsbelastung, die an die Kathode der Diode 19 angeschlossen ist und von der Bildwiedergaberöhre gebildet wird, als auch hinsichtlich der Netzspannungsänderungen zu stabilisieren. Die Stabilisierung hinsichtlich der Änderungen der Hochspannungsbelastung geht zurück auf die Wirkung des spannungsabhängigen Widerstandes 21 mit den zugehörigen Elementen. Hinsichtlich der Netzspannungsänderungen wird die Stabilisierung im wesentlichen durch die Schaltung nach der Erfindung und im übrigen durch den spannungsabhängigen Widerstand 21 mit den zugeordneten Schaltelementen bedingt.
Obzwar die Schaltung nach Fig. 5 für eine Zeilenablenkschaltung beschrieben worden ist, kann die Schaltung nach der Erfindung naturgemäss auch in jeder andern Schaltung eingebaut werden, in der eine negative oder positive Spannung für Stabilisierungszwecke erforderlich ist.
Die Schaltung nachFig. l kann auch in Fällen, wo, wenn eine konstante Gleichspannung notwendig ist, direkt Anwendung finden. Die konstante Gleichspannung kann der Anzapfung 13 in Fig. l entnommen werden.
Das Widerstandselement 7 mit einer nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie braucht nicht immer als spannungsabhängiger Widerstand ausgebildet zu sein. Auch ein Widerstandselement mit einem stark negativen Temperaturkoeffizienten ist zu diesem Zweck verwendbar. In diesem Falle muss die Frequenz der verwendeten Wechselspannung so niedrig liegen, dass die Widerstände mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, die meist träge sind, der Wechselspannung folgen können. In der Schaltung nach Fig. 5 kann das Element 7 auch eine Diode sein, deren Anode mit dem Kondensator 8 und deren Kathode mit der Quelle 26 verbunden ist.
PA TENT ANSPRUCHE :
1. Schaltung zum Erzeugen einer Gleichspannung mit Hilfe eines Widerstandselementes mit einer nichtlinearen symmetrischen Strom-Spannungs-Kennlinie und eines mit diesem in Reihe liegenden Kondensators, wobei der Reihenschaltung eine unsymmetrische Wechselspannung zugeführt wird und die erzeugte Gleichspannung vom Kondensator festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der unsymmetrischen Wechselspannung an die Reihenschaltung selbst eine symmetrische Wechselspannung angelegt ist und das Widerstandselement vorgespannt ist.
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Circuit for generating a direct voltage by means of a resistance element with a non-linear symmetrical one
Current-voltage characteristic curve The invention relates to a circuit for generating a direct voltage by means of a resistance element with a non-linear, preferably at least approximately symmetrical current-voltage characteristic curve and a capacitor in series with this, the series circuit being supplied with an asymmetrical alternating voltage and the direct voltage generated by the capacitor is held.
In the previously known circuits, the asymmetrical voltage supplied to the element with the non-linear symmetrical current-voltage characteristic curve was always taken directly from a special circuit. So z. In U.S. Patent No. 2,628,326 in which the unbalanced voltage is the pulsed voltage generated in a line deflection circuit.
However, if such an asymmetrical voltage is not available, according to the principle of the invention, a DC voltage can still be obtained with the aid of such a resistance element through a circuit which has the feature that a symmetrical AC voltage is applied to the series circuit itself to achieve the asymmetrical AC voltage is and the resistance element is biased.
Some possible embodiments of circuits according to the invention are explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows a rectifier circuit for generating a stabilized direct voltage, FIG. 2 shows, on the basis of a characteristic curve, the relationship between the total direct voltage V at the series circuit of the ohmic and the voltage-dependent resistance and the direct voltage VVDR am shown in FIG. 2a voltage-dependent resistance at an increasing mains voltage Vnet, and FIG. 3, together with the characteristic curve in FIG. 2, serves to explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 1. In FIG. 4, the output voltage Vr of the circuit according to FIG. 1 is a function the mains voltage Vjjet, and FIG. 5 shows a possible application of a circuit according to the invention.
In Fig. 1, the primary winding of a transformer 1 is connected to the mains voltage Vnet. A conventional rectifier circuit consisting of a diode 2 and a smoothing network, which is formed by a choke coil 3 and two smoothing capacitors 4 and 5, is connected to the secondary winding of this transformer. A direct voltage V therefore arises at the second capacitor 5, which is a positive direct voltage due to the polarity of the diode 2 indicated in FIG. Naturally, by reversing the diode 2, a negative DC voltage can be obtained across the capacitor 5.
With a tap 6 of the secondary winding of the transformer 1, a second rectifier circuit is connected, which consists of a voltage-dependent resistor 7, z. B. a VDR resistor, and a capacitor 8 consists. Normally, such a voltage-dependent resistor can only be effective as a rectifier circuit if it is supplied with an asymmetrical alternating voltage.
In the circuit according to the invention, to achieve the asymmetrical AC voltage, a bias voltage is applied to the voltage-dependent resistor 7 via an ohmic resistor 9, so that the symmetrical AC voltage taken from the tap 6 is rectified. The alternating voltage between the tap 6 and earth is actually exactly sinusoidal and therefore symmetrical
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tric to earth potential, since the primary winding of the transformer 1 is supplied with an exactly sinusoidal alternating voltage.
The bias voltage applied to the resistor 7 can ensure that the circuit shown in FIG. l the voltage that can be drawn off increases, decreases or remains constant with increasing mains voltage Vnet.
This is explained below:
Since almost no DC voltage drops across the part of the secondary winding of the transformer 1 between the tap 6 and earth, the DC voltage V on the capacitor 5 is simultaneously applied to the series connection of the ohmic resistor 9 and the voltage-dependent resistor 7. This series connection with the Its direct voltage V is shown again for the sake of clarity in FIG. 2a, the direct voltage at the voltage-dependent resistor 7 being denoted by VVDR.
The total voltage V and the voltage VVDR are plotted in FIG. 2 as a function of the line voltage Vnet. The total voltage V increases in a proportional ratio to Vnet, while the voltage VVDR increases to a lesser extent with increasing line voltage Vnet due to the non-linear characteristic of the voltage-dependent resistor 7.
In the foregoing, the voltage V is assumed to be positive, so that the connection point between the voltage-dependent resistor 7 and the capacitor 8 is positive compared to the connection point between this voltage-dependent resistor and the tap 6, or in other words, the tap 6 is negative compared to the Connection point between the resistor 7 and the capacitor 8. As explained above, no DC voltage occurs on the part of the secondary winding between the tap 6 and earth, so that the DC voltage VVDR at the same time as a positive DC voltage V (; g = VVDR am Capacitor 8 stands.
The bias voltage VVDR has the effect that the alternating voltage at the voltage-dependent resistor 7, which is brought about by the alternating voltage taken from the tap 6, does not fluctuate symmetrically with respect to the earth potential, as would be the case without a bias voltage. The instantaneous value of the alternating voltage at the tap 6 must z. B. have initially assumed a positive voltage equal to the voltage VVDR before the voltage at the connection point between the capacitor 8 and the voltage-dependent resistor 7 has a value equal to zero.
This is illustrated in more detail in FIG. 3, in which curve 10 represents the non-linear current-voltage characteristic curve of voltage-dependent resistor 7. In the absence of a bias on the voltage-dependent resistor 7, the alternating voltage would be about the vertical axis in FIG. H. fluctuate around earth potential. The mean value of the current through the capacitor 8 (the capacitance value of the capacitor 8 is selected to be so large that the impedance of this at the frequency of the alternating voltage used
The capacitor is small compared to every possible resistance value of the voltage-dependent resistor 7, so that almost no alternating voltage occurs at the capacitor 8), is then equal to zero, so that on average no charge is supplied to the capacitor 8 by the alternating current. There is therefore no rectifying effect in this case.
On the other hand, if a bias voltage is applied to the voltage-dependent resistor 7, the voltage fluctuates
AC voltage is no longer around earth potential, but around the potential caused by the bias voltage.
As explained above, the voltage at the tap 6 is negative compared to the connection point of the resistor 7 and the capacitor 8. Since almost no alternating voltage occurs at the capacitor 8, the bias voltage VVDR is to be regarded as a negative bias voltage for the voltage-dependent resistor 7 .
In FIG. 3, it is assumed that with an alternating voltage Vi at the voltage-dependent resistor 7 with a peak value of Vi volts, a bias voltage VVDR = V01 volts is present. The alternating voltage Vl with the peak value Vi therefore fluctuates around one shown by the line 11
Value vol.
As a result of the bias voltage V01 alone, a direct current loi would flow as a result of the applied
AC voltage V1 will, however, at the same time flow an alternating current 11 through the voltage-dependent resistor 7.
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By applying the bias voltage VVDR = V0l, the alternating voltage VI with the peak value Vl on the capacitor 8 can build up a negative voltage Vgg, which is brought about by the negative current mean value 1. This negative voltage Vg8 reduces the positive DC voltage Vg already present on the capacitor.
The fact that the voltage Vg8 actually has to be subtracted from the voltage Vc8 can also be described as
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see follows. When the tap 6 is positive to earth, the alternating current has the tendency to flow from the tap 6 via the resistance element 7 and the capacitor 8 to earth. This is a positive going current that adds positive charge to the top plate of capacitor 8.
The current 10 due to the direct voltage V is directed from the choke coil 3 through the ohmic resistor 9, the voltage-dependent resistor 7 and the tap 6 to earth. The current Io and the positive part of the alternating current I are therefore directed in opposite directions in the voltage-dependent resistor 7 and counteract one another.
If the tap 6 is negative to earth, the alternating current and the current 10 are rectified in the voltage-dependent resistor 7, and 10 and the negative part of the alternating current 1 support each other. The negative part of the alternating current is therefore larger than the positive part, so that on average negative charge is supplied. The positive charge due to the bias voltage Vc8 is therefore decreased.
It follows from the foregoing that the effect remains unchanged if the capacitor 8 and the voltage-dependent resistor 7 are interchanged. In this case the positive part of the alternating current through the series connection of the capacitor 8 and the resistance element 7 is predominant, but this will again have the tendency to reduce the charge brought about by the bias voltage Vg.
As long as the voltage V is relatively low, as can be seen from FIG. 2, with increasing DC voltage V, the voltage V VDR at the voltage-dependent resistor 7 increases to a greater extent than the voltage V-VVDR at the ohmic resistor 9. It follows that with little with increasing voltage V, the bias voltage VVDR increases faster and therefore the positive voltage VVDR = Vc8 on the capacitor 8 also increases faster than the negative voltage Vgg, which is created by rectifying the AC voltage between the tap 6 and earth with the aid of the voltage-dependent resistor 7 and the capacitor 8; because a certain bias voltage VVDR must first be built up before rectification occurs by the last-mentioned part of the circuit.
With a further increase in V, however, VVDR, and therefore Vcg, increases to an ever smaller extent (see FIG. 2), but the rectified voltage Vgg increases to an ever greater extent. This can be demonstrated on the basis of the alternating voltages V1, V2 and V3 shown in FIG. 3, the peak values of which are \ 11, \ 12 and V3. The currents produced by these alternating voltages can best be calculated using a numerical example. It is clear, however, that the numerical values given only relate to a specific example and that the circuit also has a similar effect if the individual parts are dimensioned differently.
The voltage across the voltage-dependent resistor 7 is given by VVDR = CI ss; in the present case, B = 0, 2 and C = 200 volts / amp ss. The resistor 9 has a value of 100 kOhm.
If it is assumed that the tap 6 is a center tap, then the amplitude of the alternating voltage at this tap is half the amplitude of the alternating voltage on the entire secondary winding of the transformer 1. It is also assumed that peak rectification occurs by means of the diode 2 and the associated smoothing network.
With these assumptions, the values for currents and voltages given in the table below can be calculated.
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<tb>
<tb> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> Volt <SEP> in <SEP> mA
<tb> V <SEP> # 1 <SEP> V01 <SEP> I01
<tb> 25, <SEP> 0 <SEP> 12, <SEP> 5-23, <SEP> 0-0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> V2 <SEP> V02 <SEP> 102
<tb> 32, <SEP> 6 <SEP> 16, <SEP> 3 <SEP> 27, <SEP> 6-0, <SEP> 05 <SEP>
<tb> V3 <SEP> V03 <SEP> 103
<tb> 41.7 <SEP> 20, <SEP> 8-31, <SEP> 7-0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
The values given in this table are plotted in FIG. 3 (ignoring the AC voltage drop across the large capacitor 8).
The result is that the alternating current I1 brought about by an alternating voltage Vi with the peak value VI has a minimal negative value of −0.01 mA
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By selecting the resistor 9 in such a way that its ohmic value is small compared to the value of the resistor element 7 with a relatively low direct voltage V, but is large compared to it
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this area can be met.
If the ratio between the resistance part R1 of the resistor 9 between the tap 13 and the capacitor 8 and the resistance part R2 between the tap 13 and the choke coil 3 is therefore equal to the ratio between the voltage change 1: 1 V of the voltage V and the Voltage change AVrl of voltage Vji, then in the mentioned area As = = 0. In other words, in this area
In the case of the mentioned range, the drawn DC voltage V = constant.
The tap 13 can also be selected in such a way that the voltage V = decreases with increasing mains voltage (tap 13 closer to the connection point of resistor 9 and capacitor 8) or increases with increasing mains voltage (tap 13 closer to the connection point of resistor 9 and the choke coil 3).
It is evident that by reversing the diode 2, a resulting negative voltage Vr with a profile similar to that shown by the curve 12 can be achieved.
One possible application for a circuit according to the invention is shown in FIG. This application relates to stabilizing a line deflection circuit in a television receiver. The line deflection circuit itself consists of an output tube 14, a series saving diode 15, a line output transformer 16, a line deflection coil 17, a capacitor 18 belonging to the series saving diode circuit and a high-voltage rectifier 19. A control voltage 20 is fed to the control grid of the tube 14, see above that a sawtooth-shaped current flows through the deflection coil IV and a pulse-shaped voltage is developed at this coil during the kickback of the sawtooth-shaped current.
The pulse-shaped voltage, which per se is to be regarded as an asymmetrical voltage, is rectified in a known manner by means of a further voltage-dependent resistor 21. For this purpose, the pulse-shaped voltage is fed to the voltage-dependent resistor 21 via the parallel connection of a capacitor 22 and a resistor 23. In this way, a negative DC voltage is generated which reaches the control grid of the tube 14 via the bleeder resistor 24.
Although the part of the circuit with the voltage-dependent resistor 21, the resistor 23 and the capacitor 22 for generating the negative control grid voltage when the high-voltage load of the line deflection circuit changes and when the supply voltage + Vb (which is also derived from the mains voltage Vnet by rectification) is changed Has a stabilizing effect, the stabilizing effect is insufficient when the supply voltage Vb changes.
This is due to the fact that the supply voltage change not only exerts its influence on the line deflection circuit via the changing voltage on the capacitor 18, but also via the screen grid voltage V g2 of the tube 14; because the stabilization has the effect that the anode peak current of the tube 14 is kept constant. As a result, the mean anode current and also the mean screen grid current are kept almost constant. A constant screen grid current means, however, a constant voltage drop across the screen grid resistor 25. If, for example, the supply voltage Vb is increased, then the screen grid voltage Vg2 increases in percentage terms to a greater extent, and this has an influence on the anode current.
To eliminate the influence of the screen grid voltage Vg2, the circuit according to the invention, consisting of the voltage-dependent resistor 7, the capacitor 8 and the resistor 9, is incorporated into the line deflection circuit according to FIG. The whole is fed by an alternating voltage source 26, which replaces the alternating voltage source which is formed by the part of the transformer winding between the tap 6 and earth in the circuit according to FIG. The capacitor 8 is connected to the voltage-dependent resistor 21 via the isolating resistor 27 and is also connected to earth via the separate smoothing capacitor 28. If the hum component (ripple) of the DC voltage Vr generated at the capacitor 8 is small enough, the capacitor 28 can be omitted.
As is known, the voltage VB across the capacitor 18, which can be of the order of magnitude from 900 to 1000 volts, consists of a part Vc, which is equal to the voltage across the deflection coil 17 during the passage of the sawtooth-shaped current through this coil, and a part V ' b'der almost equal to the supply voltage Vb. Therefore, if the voltage Vb changes as a result of a change in the mains voltage, Vg also changes. Instead of the voltage source 26 shown, the alternating voltage can also be un-
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taken indirectly from the network.
The resistor 9 must be selected in such a way that at the relatively high voltage VB (VB = Vb + Vc> Vb) the positive voltage Vrl on the capacitor 8 at the nominal mains voltage Vnom is set to the falling branch of the curve 12 in FIG is.
In addition, the positive voltage Vrl must have such a value that, together with the negative voltage generated by the voltage-dependent resistor 21, it results in a negative control grid voltage which, at the nominal mains voltage, allows the tube 14 to carry the desired anode current.
As the line voltage V net increases, Yrl decreases and thus the resulting negative control grid voltage for tube 14 increases. In this way, the influence of the increasing screen grid voltage Vg2 can be compensated for.
When the mains voltage drops, the opposite naturally occurs.
In this way it is therefore possible to stabilize the line deflection circuit both with regard to the changes in the high voltage load connected to the cathode of the diode 19 and formed by the picture display tube, as well as with regard to the changes in the mains voltage. The stabilization with regard to the changes in the high voltage load goes back to the effect of the voltage-dependent resistor 21 with the associated elements. With regard to the changes in the mains voltage, the stabilization is essentially caused by the circuit according to the invention and otherwise by the voltage-dependent resistor 21 with the associated switching elements.
Although the circuit according to FIG. 5 has been described for a line deflection circuit, the circuit according to the invention can naturally also be built into any other circuit in which a negative or positive voltage is required for stabilization purposes.
The circuit according to Fig. l can also be used directly in cases where a constant DC voltage is required. The constant DC voltage can be taken from the tap 13 in FIG.
The resistance element 7 with a non-linear current-voltage characteristic does not always have to be designed as a voltage-dependent resistor. A resistance element with a strongly negative temperature coefficient can also be used for this purpose. In this case, the frequency of the alternating voltage used must be so low that the resistors with a negative temperature coefficient, which are usually inert, can follow the alternating voltage. In the circuit according to FIG. 5, the element 7 can also be a diode, the anode of which is connected to the capacitor 8 and the cathode of which is connected to the source 26.
PA TENT REQUIREMENTS:
1. A circuit for generating a direct voltage with the help of a resistance element with a non-linear symmetrical current-voltage characteristic and a capacitor lying in series with the latter, the series circuit being supplied with an asymmetrical alternating voltage and the direct voltage generated being held by the capacitor, characterized in that To achieve the asymmetrical AC voltage, a symmetrical AC voltage is applied to the series circuit itself and the resistance element is biased.
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